Verbesserter Korrosionsschutz durch plättchenförmiges Zinkphosphat

Für Architektur, Brücken- und Schiffsbau werden große Mengen Stahl verbaut. Solche Konstruktionen sollen langlebig sein. Sie dürfen auch im Laufe vieler Jahre nicht an Festigkeit und Sicherheit verlieren. Dafür müssen verwendete Stahlplatten und -träger dauerhaft und großflächig gegen Korrosion geschützt werden. Vor allem Luftsauerstoff und Wasserdampf sowie Salze greifen den Stahl an. Um das Eindringen der korrosiven Substanzen zu verhindern, verwendet man als gängige Methode den Korrosionsschutz mit Zinkphosphat-Beschichtungen bei gleichzeitiger Phosphatierung von Metalloberflächen. Nun haben Forscher des INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien spezielle Zinkphosphat-Partikel entwickelt: Die neuen Partikel sind plättchenförmig. Sie sind zehnmal so lang wie dick.

Erste Versuche mit den neuen, plättchenförmigen Partikeln deuten, aufgrund ihrer Anisotropie, auf eine bessere Löslichkeit im Vergleich zu kugelförmigen Partikeln hin. "Dadurch liegen mehr Phosphat-Ionen in Lösung vor. Dies gewährleistet eine verbesserte und raschere Repassivierung, falls Metalloberflächen durch mechanische Beschädigung freigelegt wurden", sagt Carsten Becker-Willinger, Leiter des Programmbereichs Nanomere® am INM.

"In ersten Testbeschichtungen konnten wir außerdem zeigen, dass sich die plättchenförmigen Nanopartikel mauerartig übereinander schichten. Dadurch verlängert sich der Weg der Gasmoleküle durch die Schutzbeschichtung hindurch, weil sie sich einen Weg durch die "Mauerritzen" suchen müssen", erklärt der Chemiker Becker-Willinger weiter. Das Ergebnis sei eine deutlich langsamere Korrosion als bei Beschichtungen mit kugelförmigen Partikeln, wo Gasmoleküle viel schneller einen Weg durch die Schutzschicht zum Metall finden.

In weiteren Testreihen konnten die Wissenschaftler die Wirksamkeit der neuen Partikel bestätigen. Dazu tauchten sie Stahlbleche in Elektrolyt-Lösungen mit je kugelförmigen und plättchenförmigen Zinkphosphat-Partikeln. Bereits nach wenigen Stunden zeigten die Stahlbleche in den Elektrolyten mit kugelförmigen Partikeln Korrosionsspuren. In den Elektrolyten mit plättchenförmigen Partikeln blieben die Stahlbleche nach drei Tagen noch unversehrt.

Die plättchenförmigen, am INM entwickelten, Zinkphosphat-Partikel werden in einem kontrollierten Fällungsprozess erzeugt.

Quelle: Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM)